Расчёт и проектирование фундаментов различного заложения

Министерство образования Российской Федерации

МОСКОВСИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Рязанский институт (филиал)

Кафедра ПГС

Курсовая работа

по дисциплине

"Основания и фундаменты"

На тему:

"Расчёт и проектирование фундаментов различного заложения"

Выполнил: Волченков Д.М.

Курс 4 строительного факультета

Проверил: Шешенев Н.В.

Рязань 2013

Содержание

Введение

1. Анализ инженерно-геологических данных. Определение значения условного расчётного сопротивления грунта R₀

2. Расчёт фундамента мелкого заложения

2.1 Определение глубины заложения фундамента

2.2 Определение размеров подошвы фундамента в плане

2.3 Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования

3. Расчет свайного фундамента

3.1 Выбор глубины заложения ростверка, несущего слоя грунта и конструкции сваи

3.2 Определяем несущую способность и силы расчётного сопротивления сваи по материалу и грунту

3.3 Определение приближённого веса ростверка и числа свай

3.4 Конструирование ростверка

3.5 Расчет осадки свайного фундамента

Список литературы

Введение

1.      Местоположение площадки

Изучаемая площадка расположена на пересечении ул. Пушкина и ул. Никитина в г. Брянске.

.        Климат

В климатическом отношении площадка относится ко II климатическому району. Средняя t⁰ января - 14,9⁰ С, средняя t⁰ июля +18,8⁰ С, средняя годовая t⁰ +4,3⁰ С. Число дней со снежным покровом составляет 140 дней. Холодный период длится с середины сентября до середины мая.

. Геоморфология рельефа

В геоморфологическом отношении площадка расположена в пределах среднерусской возвышенности (на абсолютной отметке поверхности земли 130,74).

. Геологическое строение

В геологическом строении площадки до изучаемой глубины 15-20 м

принимают участие покровные и мореные отложения четвертичной системы. Представленные грунты: супесь пластичная, песок мелкий, песок средней крупности, суглинки тугопластичные.

. Гидрогеологические условия

В процессе производства буровых работ подземные воды вскрыты скважинами на глубине 4,10 м от поверхности земли на абсолютной отметке 126,52 м. Максимально высокое положение уровня воды следует ожидать в весеннее время. Подземные воды являются слабоагрессивными.

. Инженерно-геологические условия

Определение физико-механических характеристик грунтов выполнялось в соответствии с требованиями нормативных документов. С учетом геологического строения, выделено 5 инженерно-геологических элементов:

.        Инженерно-геологических элемент 1:

Насыпной слой из почвы, шлака, бытовых и строительных отходов, мощностью 3,2 м.

Растительный слой состоит из почвы мощностью 0,3м.

.        Инженерно-геологических элемент 2:

Супеси желтовато-бурого цвета. Залегают на глубине 130,32 м, мощностью 2,8 м.

.        Инженерно-геологических элемент 3:

Пески желтовато-бурого цвета. Залегают на глубине 127,52 м, мощностью 1 м.

.        Инженерно-геологических элемент 4:

Пески желтоватые. Залегают на глубине 126,20 м, мощностью 1,2 м.

.        Инженерно-геологических элемент 5:

Глины темно-бурого цвета. Залегают на глубине 125,50 м, мощностью 4,70 м.

фундамент свайный ростверк заложение

Рисунок 1. Геологический разрез.

1. Анализ инженерно-геологических данных. Определение значения условного расчётного сопротивления грунта R₀

Для заданного варианта грунтовых условий производим оценку характеристик слоев грунта, с целью использования его в качестве естественного основания.

1 слой:

1.      Число пластичности:

7;

=0, 191-0,147=0,044

Так как число пластичности I_p находится в интервале 0,01 < I_p ≤0,07, то делаем вывод, что 1 слой - супесь.

2.      Показатель текучести:

; ==0,57

Так как показатель текучести I_L находится в интервале 0<I_L<1, то делаем вывод, что 1 слой - супесь пластичная.

3.      Коэффициент пористости:

е= (1+W) - 1; е=

4.      Расчетное сопротивление:

Таблица 1

Вывод: 1 слой - супесь пластичная с расчетным сопротивлением R₀=248,48кПа.

2 слой:

1.      Тип песчаных грунтов:

Частиц крупнее: 0,5 мм - 9,7% по весу

,25 мм - 45,6% по весу

,10 мм - 92,68% по весу

,05 мм - 97,28% по весу

,01 мм - 98,96% по весу

,005 мм - 99,84% по весу

Менее 0,005 мм - 100% по весу

Делаем вывод, что 2 слой - песок мелкий.

2.      Коэффициент пористости:

е=∙ (1+W) - 1;

е=

Так как коэффициент пористости е находится в интервале е < 0,60, то делаем вывод, что песок плотный.

3.      Степень влажности:

Sr==

Так как степень влажности Sr находится в интервале 0,5< Sr <0,8, то делаем вывод, что песок маловлажный.

Вывод: 2 слой - песок мелкий, плотный с расчётным сопротивлением R₀=400 кПа.

3 слой:

1.      Тип песчаных грунтов:

Частиц крупнее: 0,5 мм - 24,5% по весу

,25 мм - 55,9% по весу

,10 мм - 95,88% по весу

,05 мм - 99,7% по весу

,01 мм - 99,94% по весу

,005 мм - 100% по весу

Делаем вывод, что 3 слой - песок средней крупности.

2.      Коэффициент пористости:

е=∙ (1+W) - 1;

е=

Так как коэффициент пористости е находится в интервале0,55 < е < 0,7, то делаем вывод, что песок средней плотности.

3.      Степень влажности:

Sr==

Так как степень влажности Sr находится в интервале 0,8< Sr <1, то делаем вывод, что песок насыщенный водой.

Вывод: 3 слой - песок средней крупности, средней плотности с расчётным сопротивлением R₀=400 кПа.

4 слой:

1. Число пластичности:

=0,389-0,229=0,16

Так как число пластичности  находится в интервале 0,07 < <0,17, то делаем вывод, что 4 слой - суглинок.

2.      Показатель текучести:

Так как показатель текучести  находится в интервале 0,25< I_L<0,5, то делаем вывод, что 4 слой - суглинок тугопластичный.

3.      Коэффициент пористости:

е=∙ (1+W) - 1;

е=

4.      Расчетное сопротивление:

Таблица 2.

Вывод: 4 слой - суглинок тугопластичный с расчетным сопротивлением R₀=195,2 кПа.

2. Расчёт фундамента мелкого заложения

2.1 Определение глубины заложения фундамента

Определяем нормативную глубину промерзания по формуле:

,

где  - глубина промерзания: для супесей =0,28м;

 - коэффициент, равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур воздуха в данном районе.

М =9,1+8,4+3,2+0,4+5,2=26,3

Определяем расчетную глубину промерзания по формуле:

,

.

Глубина промерзания для зданий без подвала при (2+d_f) >d_w и 4,1> (1,58+2) для супесей c показателем текучести I_L≥0, то глубина заложения подошвы фундамента не менее d_f.

Принимаем d не менее d_f.

Глубина заложения фундамента d=1,6 м.

Рисунок 2.

2.2 Определение размеров подошвы фундамента в плане

1.      Определяем необходимые размеры подошвы ленточного фундамента, при условии, что к нему приложена вертикальная сила N^″=300кН.

В 1^ом приближении находим площадь подошвы фундамента

N^{″ -} расчетная нагрузка по 2^ой группе предельных состояний, приложенная к обрезу фундамента.

R₀ - условное расчетное сопротивление грунта основания

γ_m^″ - осредненное расчетное значение удельного веса грунта и материала фундамента.

R₀=248,48 кПа

γ_m^″=20 кН/м³ - для зданий без подвала=1,6 м

1,38 м²

2.      Ширина подошвы. м

.        Найдем расчетное сопротивление грунтов основания:

γ_c1, γ_c2 - коэффициенты условия работы, γ_c1=1,1 - зависит от вида грунта

γ_c2= - зависит от вида грунта и от отношения длины и высоты здания

к - коэффициент принимаемый равным 1, если характеристики определены опытным путём.

к=1

М_γ, М_q, М_с - коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения φ =23⁰ М_γ =0,61, М_q =3,44, М_с =6,04.

к_{z -} коэффициент, принимаемый равным 1, т.к.  < 10 м.

γ - осредненное значение удельного веса грунтов залегающих ниже подошвы фундамента.

γ^' - тоже, но выше подошвы фундамента

γ =

γ_sb= кН/м³

γ_{=1,96*10=19,6} кН/м³

γ_{=1,89*10=18,9} кН/м³

γ_{=2,04*10=20,4} кН/м³

γ_{=1,913*10=19,13} кН/м³

γ = Кн/м³

c_II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

d₁ - глубина заложения фундамента

d_в - глубина пола подвала, принимаемая в зависимости от ширины подвала. c_II=12 кПа, d₁=1,1 м, d_в=0 м

 кПа

4.      Определяем площадь подошвы фундаменты при новом расчетном сопротивлением грунта.

 м²  м

Подбираем фундамент. Размеры фундаменты принимаем: b =1200 мм, l=1180 мм, V_f=0,347 м³, h=300 мм, ФЛ 12-12-2. Выполняем расчет сопротивления для подобранного фундамента:

 кПа

5.      Проверка фундамента.

p_II ==N^II+N_f^II+N_s^II_f^II - вес фундамента_f^II =V_f ∙ γ_b, γ_b=25 кН/м³_f^II =0,2822∙25=7,055 кН_s^II - вес грунта над уступами фундамента_s^II =1,2∙1,6-0,2822+0,84=0,7988 кН=300+7,055+1,6378=328,8528 кН

p_II = кПа

,044 кПа < 284,809 кПа

Разница составляет 3,8%, следовательно размеры фундамента подобраны верно. Окончательно принимаем фундамент ФЛ 12-12-2

2.3 Расчет осадки фундамента методом послойного суммирования

1.      Определяем природное и вспомогательное напряжение от собственного веса грунта.

 - природное

 - вспомогательное

Определяем удельный вес грунтов:

) На поверхности земли:

Дополнительное вертикальное напряжение:

) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на подошве фундамента:

= кПа

Дополнительное вертикальное напряжение

 кПа

) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 1-го слоя:

= кПа,  кПа

) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 2-го слоя:

= кПа,  кПа

) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне грунтовых вод:

= кПа

 кПа

) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 3-го слоя:

= кПа

 кПа

) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на подошве 4-го слоя:

 кПа

 кПа

. Определяем дополнительное давление на подошву фундамента

 кПа

3. Сжимающую толщу грунта ниже подошвы фундамента разбиваем на элементарные слои высотой z_i

Определяем высоту элементарного слоя :

 м

<0,4

,24<0,4 1,2=0,48

4. Определяем напряжение на каждом элементарном слое.

Для этого составляем таблицу.

Таблица 3.

5. Определяем осадку фундамента.

где β=0,8 - коэффициент бокового расширения,

 - модуль деформации,

 - среднее напряжение в i-ом слое.

1,36 см < 8 см

Вывод: осадка удовлетворяет условию, следовательно, допустима.

Рисунок 3.

3. Расчет свайного фундамента

3.1 Выбор глубины заложения ростверка, несущего слоя грунта и конструкции сваи

Глубину заложения ростверка принимаем конструктивно d=1,6 м.

Высота ростверка принимаем 0,6 м

Принимаем глубину заделки сваи в ростверк ∆Z=0,1 м

Рисунок 4.

Принимаем сечение сваи:

длину сваи принимаем 5 м

3.2 Определяем несущую способность и силы расчётного сопротивления сваи по материалу и грунту

1. Определение силы расчетного сопротивления сваи по материалу:

, где

 - коэффициент условий работы сваи в грунте;

 - коэффициент продольного изгиба (зависит от вида ростверка);

 - коэффициент работы бетона (зависит от способа погружения сваи);

 - расчетное сопротивление бетона;

 - площадь сечения сваи;

 - расчётное сопротивление арматуры;

 - площадь поперечного сечения арматуры.

 =1,  =1, =1, =8,5МПа, =225МПа, =0,09 м^2,

=4,52*10^-4 м²

. Определение силы расчетного сопротивления сваи по грунту:

 - несущая способность сваи по грунту; =1 - коэффициент условия работы сваи в грунте;

,  - коэффициенты условия работы грунта соответственно под нижним концом сваи и по её боковой поверхности.

=1, =1 по СНиП. - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

А - площадь опирания сваи на грунт (площадь сечения сваи); - наружный периметр поперечного сечения сваи;_i - расчетное сопротивление i-того слоя грунта по боковой поверхности сваи; _i - толщина i-того слоя грунта;

; м²;  м;

. Определение силы расчетного сопротивления сваи по грунту:

_RS - сила расчетного сопротивления сваи по грунту;

γ_k - коэффициент надежности, назначаемый в зависимости от метода определения несущей способности сваи;

γ_k=1,4

 кН.

Рисунок 5.

3.3 Определение приближённого веса ростверка и числа свай

где N_II - нагрузка вертикальная по обрезу фундамента по 1 группе предельных состояний,

Определение среднего давления на основание под ростверком:

- диаметр сваи

Определение площади подошвы ростверка A_g

γ_f - коэффициент надежности по грунту,

γ_{m -} коэффициент среднего значения удельного веса материала ростверка и грунта на уступах.

γ_m юез подвала - 20 кН/м³

d_g - глубина заложения ростверка

γ_f=1,1

γ_m=20 кН/м³_g=1,6 м

Определение количества свай:

η_{m -} коэффициент, учитывающий действие момента, для центрально нагруженных фундаментов равен 1;- вес ростверка и грунта на уступах

=1,1∙3,56∙20∙1,6=125,312 кН

3.4 Конструирование ростверка

Минимальное расстояние между сваями 3d, d - диаметр поперечного сечения сваи. Расстояние в свету от края сваи до края ростверка должно быть не менее 5 см. Проверка усилий, передаваемых на сваю:

 кН < 301,3035кН

Где N - нагрузка- количество свай

Определяем перегруз:

 % - недогруз

Рисунок 6.

.5 Расчет осадки свайного фундамента

Определяем средневзвешенное значение угла внутреннего трения

Определяем размеры подошвы условного фундамента

Рисунок 7.                                      Рисунок 8.

Определяем вес условного фундамента:

2,65*2,65*

(2,8*16,6+1*18,9+1,2*20,4+1,6*19,13) =904,98кН

Давление на грунт от условного фундамента:

= (1000+904,98) /10,8=271,27 кПа

Определяем расчетное сопротивление грунта R, расположенного ниже условного фундамента

_c - глубина заложения условного фундамента;

γ₁₁=19,13кН/м³ - осредненное значение удельного веса грунтов под подошвой фундамента

γ₁₁¹ =128,868/6,5=19,82 кН/м^{3 -} выше подошвы фундамента

γ_c1, γ_c2 - коэффициенты условия работы

γ_c1=1,3, γ_c2=1,3.

к - коэффициент принимаемый равным 1.

к=1

М_γ, М_q, М_с - коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения φ =17⁰ С. М_γ =0,39, М_q =2,57, М_с =5,15.

к_{z -} коэффициент, принимаемый равным 1, т.к.  < 10 м._II - расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой фундамента.

271,27 кПа<R=723,5059 кПа - требование выполняется.

Расчет осадки выполняем методом послойного суммирования.

. Определяем ординаты эпюры.

1) На поверхности земли:

Дополнительное вертикальное напряжение

) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 1-го слоя:

= кПа

 кПа

) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 2-го слоя:

= кПа

 кПа

) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне грунтовых вод:

= кПа

 кПа

) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на уровне подошвы 3-го слоя:

= кПа

 кПа

) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на основании сваи:

 кПа

 кПа

) Вертикальное напряжение от собственного веса грунта на подошве 4-го слоя:

 кПа

 кПа

2.      Определяем дополнительное давление на подошву фундамента.

;  кПа.

3.      Определяем элементарную высоту слоя.

;  м.

4.      Разбиваем грунтовую толщу от подошвы на элементарные слои.

5.      Определяем напряжения на каждом элементарном слое. Для этого составим таблицу:

Таблица 4.

6.      Определяем осадку фундамента.

,

где  - корректирующий коэффициент,

 - модуль деформации,

 - среднее напряжение в i-ом слое.

Вывод: осадка удовлетворяет условию, следовательно допустима.

Рисунок 9.

Список литературы

1. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1983 г.

. Берлинов М.В. Основания и фундаменты. М.: Высшая школа, 1988г. - 319 с.

. Гусева В.И. Методические указания "Механика грунтов, основания и фундаменты". М.: Издательство Всесоюзного заочного политехнического института, 1991 г. - 50с.

. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В. и др. Механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Издательства АСВ, 1994 г. - 527 с.

. Далматов Б.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. М.: Стройиздат, 1981 г. - 319с.

. СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1983 г.

. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987 г.

. СНиП 25100-95. Грунты. Классификация. - М.: Из-во стандартов, 1986 г.